Новый подход к поиску гравитационных волн поможет преодолеть миллигерцовый барьер
Ученые представили новый подход к обнаружению гравитационных волн в миллигерцовом диапазоне частот, который позволяет исследовать астрофизические и космологические явления, недоступные для современных исследовательских инструментов.
Гравитационные волны — рябь в пространстве-времени, предсказанная Эйнштейном, — были обнаружены на высоких частотах с помощью наземных интерферометров, таких как LIGO и Virgo, и на сверхнизких частотах, идущими от радиопульсаров. Однако диапазон средних частот оставался «слепым пятном» для науки.
Новая концепция детектора, разработанная исследователями из университетов Бирмингема и Сассекса, использует передовые технологии оптических резонаторов и атомных часов для регистрации гравитационных волн в неуловимом миллигерцовом диапазоне частот (от 10⁻⁵ до 1 Гц).
На страницах тематического научного журнала Classical and Quantum Gravity ученые представляют детектор, в котором используются достижения в области технологии оптических резонаторов, изначально разработанной для атомных часов. Теперь они используются при измерении крошечных фазовых сдвигов в лазерном свете, вызванных прохождением гравитационных волн. В отличие от крупномасштабных интерферометров, эти детекторы компактны и относительно устойчивы к сейсмическим и прочим «ньютоновским» помехам.
Соавтор исследования доктор Вера Гуаррера из Бирмингемского университета отметила, что технологии, разработанные для оптических атомных часов, расширяют возможности обнаружения гравитационных волн в совершенно новом частотном диапазоне с помощью приборов, которые легко помещаются на лабораторном столе. Это открывает захватывающие перспективы создания глобальной сети таких детекторов и поиска сигналов, которые в противном случае оставались бы незамеченными еще как минимум десять лет.
Ожидается, что в миллигерцовом диапазоне частот, который иногда называют «средним диапазоном», будут присутствовать сигналы от различных астрофизических и космологических источников, в том числе от компактных двойных систем, состоящих из белых карликов, и от событий слияния черных дыр. Амбициозные космические миссии, такие как LISA, также нацелены на этот диапазон частот, но их запуск запланирован на 2030-е годы. Предлагаемые детекторы на основе оптических резонаторов могут начать исследовать эту область уже сейчас.
Новый детектор позволяет нам тестировать астрофизические модели двойных систем в нашей галактике, изучать слияния массивных черных дыр и даже искать стохастические фоны из ранней Вселенной. С помощью этого метода мы можем начать изучать сигналы на Земле, открывая путь для будущих космических миссий.Ксавье Кальмепрофессор Университета Сассекса, соавтор исследования.
Интеграция детекторов с существующими тактовыми сетями может расширить возможности обнаружения гравитационных волн до еще более низких частот, дополнив высокочастотные обсерватории, такие как LIGO.
Каждый блок состоит из двух ортогональных сверхстабильных оптических резонаторов и атомного стандарта частоты, что позволяет осуществлять многоканальное обнаружение гравитационных волн. Такая конфигурация не только повышает чувствительность, но и позволяет определять поляризацию волн и направление, в котором находится источник.
Недавно мы рассказали об усовершенствовании гравитационно-волновой обсерватории LIGO, которое должно повысить ее чувствительность в несколько раз.
